Millikan y la unidad de carga eléctrica

Millikan: La unidad de carga eléctrica

1- Explicación de la hipótesis de Symmer acerca del fluido vítreo (+) y el fluido resinoso (-) desde el punto de vista de tus conocimientos de la electrostática. Puedes incluir tus propias fotos o vídeos de pequeños experimentos electrostáticos.

Según hemos leído en nuestro libro De Arquímedes a Einstein, hace una mención a la hipótesis de Symmer. Ésta fue formulada en 1896 y hablaba sobre dos tipos de fluido, el vítreo o positivo y el resinoso o negativo. Estos fluidos se neutralizaban si se combinaban aunque tuvieran propiedades muy distintas. Se decía vítreo porque cuando una varilla de vidrio era frotada con una tela de seda, digamos que se carga de una manera “positiva” mientras que cuando se frota una barra de lacre o ámbar con una tela de lana, se cargaba de manera opuesta o “negativa”. Ya desde la antigua Grecia se conocía la palabra elektron (ἤλεκτρον) que significa ámbar, y así es como se le llamaba a estos fenómenos de carga eléctrica.

Éste es un vídeo donde se enseña cómo un globo cargado de electricidad en primera instancia atrae a la bola de aluminio pero más tarde es repelida debido al equilibrio de energías estáticas

2 y 3- Explicar el funcionamiento de un tubo de descarga. ¿Por qué consiguió Thomson desviar los rayos catódicos? ¿Cómo influye la presión del gas enrarecido del interior? Explica el modelo de Thomson del átomo e investiga por qué no es un modelo viable según los descubrimientos posteriores.

Un tubo de descarga es un tubo de cristal en el cual se introducen un cátodo (carga negativa) y un ánodo (carga positiva) que son placas metálicas, y están conectadas externamente a potentes baterías. En el interior del tubo hay un gas que es el que hace variar  el color de la luz. Cuando la batería se conecta, se produce un flujo de electrones que al chocar con los átomos del gas desprenden fotones que hacen que veamos la luz.

Además si se ponía una cruz en el interior del tubo se veía una sombra en la parte de detrás del ánodo, quedando demostrado que los rayos procedían del cátodo. De ahí el nombre de rayos catódicos. 

La sombra se podía desviar con un imán, lo cual llevó a pensar a Thomson que los rayos catódicos estaban formados de corpúsculos con una carga eléctrica negativa. Sin embargo al aplicar un campo eléctrico el rayo no se desviaba. El investigador inglés llego a la conclusión de que si los rayos eran de naturaleza corpuscular y no ondulatoria ya que no se comportaban como la luz, tenían que ser atraídos magnética y eléctricamente, y que si la segunda no se podía era porque algo lo impedía. Este impedimento lo solventó aislando el interior lo máximo posible realizando el vacío y así consiguió que se desviase mediante un campo eléctrico.

Utilizando las ecuaciones para medir las desviaciones, se dio cuenta de que solo podían reproducirse si la masa de la partícula era mucho menor que la de un átomo de hidrógeno  y su carga mucho mayor. Este descubrimiento le llevó a desarrollar el primer modelo atómico conocido como "modelo de pudin de pasas" en el cual los electrones de cargar negativa se distribuían uniformemente en un átomo de carga positiva. 

Este modelo se descubrió inviable posteriormente gracias al descubrimiento del núcleo por el científico Rutherford que chocando átomos alfa de helio contra una fina plancha de oro, observó que algunas partículas salían rebotadas hacia atrás, llegando a la conclusión de que eso sólo podía producirse si chocaba con una partícula de carga positiva de diámetro aproximadamente diez mil veces menor que el del átomo. Acababa de descubrir el núcleo. El modelo de Thomson es inviable porque al no tener núcleo los átomos serían muy inestables y perderían electrones continuamente ya que al no estar atraídos por el núcleo podrían ir libremente.




4. Describe brevemente el experimento de Michelson- Morley. ¿Qué es el éter? ¿Crees que su existencia sigue siendo una hipótesis  viable?


Antiguamente se creía que la luz al ser una onda, debía de propagarse por algún medio. Ese medio era el éter. Según algunas teorías todas ellas obsoletas, el éter era el quinto elemento que ocupaba todos los espacios vacíos y que formaba los planetas. 
El experimento llevado a cabo en 1887, trataba de probar la existencia del éter y la velocidad de la traslación de la Tierra con respecto a éste. Las ondas se caracterizan porque su velocidad depende sólo del medio y no del emisor o receptor. Así por ejemplo una onda sonora viajará  con respecto al medio, el aire  por ejemplo, siempre a la misma velocidad. Si embargo si el medio se mueve, por ejemplo viento, la velocidad de la onda variará.  Si sustituimos onda sonora por luz y aire por éter, tenemos que luz debería realizar variaciones si el éter estuviese en movimiento. 
Para ello se construyó un aparato llamado interferómetro con el cual medirían la variación de la luz. Se dispararía un haz de luz que pasaría por un semiespejo que haría que divergese en dos direcciones perpendiculares hacia dos espejos que harían que rebotasen y volviesen a pasar por el semiespejo que los haría llegar al detector de interferencias donde se vería la variación. 
En un sistema con el éter y el observador en reposo, el interferómetro funcionaría así:   

Y en un sistema en el que el éter estuviese en movimiento así:

Midieron los resultados durante varios días y meses, pero concluyeron que la velocidad de la luz era constante en todas las mediciones ya que no se encontraba ninguna variación. Ésto correspondería con el primer sistema en el que el éter está en reposo. Sin embargo el éter no podía estar en reposo debido al movimiento de los planetas y demás cuerpos celestes. Ésto llevó a la conclusión de que el éter no podía existir, y más tarde el resultado de este experimento constituiría la base experimental de la teoría de la relatividad de Einstein. 

Vídeo explicativo (muy bueno)

5- ¿Podrías explicar, según el modelo de Bohr, por qué los rayos X ionizan a las gotas de aceite?


Según el modelo de Bohr los átomos tienen diferentes órbitas en las que se sitúan los átomos. Tienden a situarse lo más cercanamente posible al núcleo y forman órbitas. Sin embargo los electrones no pueden formar las órbitas que quieran, están limitados a órbitas con un cierto nivel energético. Cuando los electrones pierden o ganan energía varían su posición en las órbitas encontrando una que se adapte a su nuevo valor energético. En el primer nivel caben hasta 2 electrones, en el segundo hasta 8, en el tercero hasta 18 y en el cuarto hasta 32 electrones.

Izquierda: Átomo de litio
Derecha: Catión litio

Cuando irradiamos las gotas de aceite con los rayos x, los electrones se cargan de energía y buscan órbitas con un mayor nivel energético. Las órbitas pueden soportar una determinada energía. Si el electrón tiene más energía que la que puede soportar la órbita pasará a otra órbita con más capacidad. Si ninguna de las capas del electrón tiene capacidad como para aguantar la energía del electrón, éste se escapara, debido a que el exceso de energía que tiene se convierte en energía cinética. 

6- Describe el experimento de Millikan.


Tras varios intentos entre 1908 y 1917, Millikan consiguió medir con gran precisión y exactitud la carga del electrón (carga elemental). Para ello se ayudó del experimento de la gota de aceite, cuyo objetivo era determinar la cantidad de carga que lleva una gota de aceite. El experimento tenía dos partes:

1. La determinación de la su masa o radio midiendo la velocidad de caída en ausencia de campo eléctrico.
2. La determinación de su carga midiendo la velocidad en presencia de campo eléctrico.

Millikan diseño un aparato dividido en dos cámaras, además éste constaba de un par de placas horizontales paralelas, la superior tenía carga positiva y la inferior negativa, las cuales separaban las cámaras. En la cámara inferior había un microscopio y se podía modificar el voltaje en el interior de las cámaras.

Procedimiento:
Unas pocas gotas de aceite se dejan caer en la cámara superior, para ello se utiliza un pulverizador. Alguna de estas gotas, que caían por su peso debido a la gravedad, conseguía pasar a la cámara inferior debido a que la placa superior tenía un pequeño agujero; gracias a esto Millikan podía determinar la masa de una gota sabiendo su velocidad terminal debido a la fricción del aire en la cámara inferior. A continuación Millikan usó una fuente de rayos-x que permitía ionizar las moléculas de gas en la cámara inferior, los electrones de esta ionización se adhieren a las gotas de aceite, por lo que pasan a llevar una carga negativa.

Pero se podía ajustar el voltaje entre las dos placas, de manera que sí aumentaban un poco el voltaje las gotas de aceite comenzaban a descender más lento; y sí lo aumentaban aun más, algunas gotas llegaban incluso a subir de nuevo a la placa superior, o también conseguían que algunas se quedaran ''flotando'' o suspendidas. Millikan por lo tanto comprobó que el valor de la carga de cada gota era múltiplo de 1,6·10^-19 C. Propusieron que esta era la carga de un electrón.

7- ¿Qué es el efecto fotoeléctrico? ¿Puedes enseñar alguna aplicación actual de este fenómeno por cuya explicación teórica, Albert Einstein, recibió el premio Nobel?


El efecto fotoeléctrico es proyección de electrones por un metal normalmente, debido a la incisión sobre ella de una radiación electromagnética (Rayos gamma, rayos X, rayos UV, radiación visible, rayos IR, microondas y ondas de radio) ¿Por qué pasa ésto?
Estas ondas están formadas por unas partículas llamadas fotones que tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un electrón que ha absorbido la energía del fotón supera la función trabajo (energía mínima para que un electrón sea arrancado del material) éste podrá escapar del metal. La energía de los fotones depende de la longitud de onda no de la intensidad de la luz. 

Como se puede ver en el vídeo, la energía de los electrones depende de la frecuencia no de la intensidad. 

Una de las aplicaciones más importantes de este efecto son las células fotovoltaicas que son la base para la energía solar. Las células fotovoltaicas combinadas con relés forman parte numerosos mecanismos automáticos. Se usa también por ejemplo, en los detectores en las puertas de los ascensores que hacen que se paren si alguien pasa por delante mientras se cierran. 

8- ¿Por qué piensas que es interesante que los científicos pasen algunos años en otros centros de investigación distintos a los que se formaron?

Si un científico estuviera sólo en su propio laboratorio y no saliera de ahí a la hora de hacer experimentos y de sacar conclusiones, no sería todo lo bueno que pudiera. Un científico necesita pasar tiempo en centros distintos para que pueda contrastar opiniones y conclusiones. En cada país la enseñanza es distinta y los métodos que se imparten son muy variados entre los muchos centros educativos que existen. Si se viaja a otro lugar, se puede aprender aunque no sea el método de enseñanza la forma de pensar razonar y experimentar de otra gente. También se puede conocer a científicos que se parezcan a ti y estudiar cosas que a ti también te interesen. La mayoría de los grandes científicos pasaron tiempo en otros centros educativos como por ejemplo, sin ir más lejos, Millikan estudió en Maquoketa (Iowa), California y Nueva York, lo que demuestra que encontró la satisfacción del saber al haber recorrido más de un lugar. 

9- ¿Por qué es recomendable (o no) leer libros de divulgación científica?

Primero deberíamos empezar sabiendo lo que es un libro de divulgación científica, porque podemos estar hablando sobre él sin siquiera conocerlo. Un libro de divulgación científica es aquel que pretende contar cosas sobre ciencia y cosas relacionadas con este campo a un lector que a priori no sepa nada del tema, es decir, acercarle al tema mediante un texto fácil de comprender. Es altamente recomendable leer libros o textos de este tipo ya que nos transmiten información que aunque pareciera sencilla y simple, se convierte de repente en interesante y algo más compleja. Los seres humanos nos creemos los reyes de todo y es de esta manera como uno se da cuenta de que el saber no tiene límites. El nivel de enriquecimiento cultural y social que adquirimos al leer nos hará rellenar esa parte del cerebro que tenemos tan atrofiada de no hacer el esfuerzo de leer estos libros.


10- Construye con materiales reutilizados tu propio modelo atómico (Thomson, Rutherford o Bohr) y cuelga en tu blog un reportage gráfico de él.

Thomson: Presentaba un modelo en el cual  el átomo estaba compuesto de electrones de carga negativa incrustados en en un átomo positivo.

Henry Cavendish y la constante de gravitación universal.

1. ¿Qué es la Royal Society? ¿Cuáles son sus principales objetivos? ¿Cuáles han sido sus principales logros? ¿Quiénes han sido sus miembros más destacados?
La Royal Society es una sociedad científica inglesa. Es la más antigua de Reino Unido, y una de las más antiguas de Europa. Su fundación oficial fue el 28 de Noviembre de 1660, aunque hacía ya más de una década que los miembros tenían reuniones informales para tratar sobre lo que ellos llamaban "Nueva Filosofía", que era un conglomerado de ciencias que iban desde la biología y la anatomía hasta la física y las matemáticas pasando por la mecánica y la navegación. Su principal objetivo es el de ser mecenas de las ciencias, es decir, promocionar todas las actividades científicas. A lo largo de su historia ha tenido miembros muy distinguidos como:

Robert Boyle (1627-1691)

Christiaan Huygens (1629-1695)

Robert Hooke (1635-1702)

Sir Isaac Newton (1642-1727)

Gottfried Leibniz (1646-1716)

Benjamin Franklin (1706-1790)

Henry Cavendish(1731-1810)

Charles Darwin (1809-1882)

Sus logros más importantes fueron la teoría de la luz y los colores de Newton, la demostración de que los rayos son electricidad realizada por Benjamin Franklin, los inicios del descubrimiento del ácido salicílico con el que se desarrollan las aspirinas, o bastante más actuales son los estudios sobre los agujeros negros de Stephen Hawking, otro eminente miembro.

2. ¿De qué está compuesto el aire? Realiza diagrama de sectores. ¿Según Cavendish, de qué estaba compuesto el aire? Compara los resultados. ¿Qué es el flogisto y por qué cayó en desuso?

El aire está compuesto principalmente  por oxígeno, nitrógeno y argón. Según Cavendish, el aire estaba compuesto por aire flogistizado (nitrógeno y argón) en un 79,167% y por aire desflogistizado (oxígeno) en un 20,833%. Sin embargo, hoy conocemos que hay muchos más gases en la composición del aire, aunque la mayoría como se puede observar, están en cantidades minúsculas. 

Según la teoría elaborada a finales del siglo XVII por los científicos alemanes Johan Becher y Georg Stahl, el flogisto es una sustancia hipotética, según la cual explicaban la combustión. Antiguamente se creía que los cuerpos estaban compuestos por tierra, agua, aire y fuego, según esta teoría, los cuerpos provistos de flogisto entraban en combustión cuando se producía un intercambio de éste. Esta teoría provocó división de opiniones entre los que la apoyaban y la criticaban. Uno de los que la criticaban fue Lavoisier, que explicó el fenómeno de la cobustión como la unión de oxígeno con otras sustancias, lo cual hizo que la popularidad y la credibilidad de la teoría del flogisto decayese. Aunque en cierto modo, gracias a las ideas de estos alemanes se empezó a investigar sobre los gases y se realizaron importantes descubrimientos como el ya mencionado antes por Lavoisier o el descubrimiento de que el agua era un elemento compuesto y no básico como se creía. 

3. Investiga sobre las propiedades del Hidrógeno y la composición química del Agua. 

El Hidrógeno (H) es el primer elemento de la tabla periódica. Está compuesto generalmente por un protón y un electrón. Es el elemento más sencillo y más pequeño que se cooce. También es el menos denso y el que se encuentra en mayor abundancia en el universo, componiendo casi un 84% de la materia visible. Es incoloro, inodoro, no es tóxico y es fácilmente inflamable aunque su llama es prácticamente invisible. Se combina con prácticamente todos los elementos aunque el hidrógeno elemental es muy escaso en la Tierra. El agua (H2O) es una combinación de dos átomos de hidrógeno por uno de oxígeno. Es una molécula dipolar, es decir, tiene dos regiones con carga eléctrica, una positiva y otra negativa, aunque la molécula de agua está cargada eléctricamente. 

4. ¿Qué es el calor específico de una sustancia? Lee las páginas 161 a 170 de tu libro de texto.

El calor específico de una sustancia es una magnitud física, es la cantidad de calor que debemos suministrar a una unidad de masa de la sustancia, para que la temperatura de ésta se eleve una unidad (pude ser tanto de Celsius o Kelvin). En el SI se representa con una ''c'', para obtenerlo debemos dividir el cociente entre la capacidad calorífica y la masa: c=C/m y se mide en julios por kilogramo y por kelvin [J·(kg·k)-1].

Aquí podemos ver una tabla con algunos calores específicos (esta tabla esta medida en kilocalorias/ {kilogramos·celsius}) :

5. Cavendish también fue un adelantado a su tiempo. Aunque no entró en la historia por su descubrimiento, ¿qué es la Ley de Coulomb? Realiza una comparativa, señalando las analogías y diferencias que encuentras entre esta ley y la Ley de Gravitación Universal.

 Lo primero que se ha de puntualizar es que las dos leyes enuncian principios distintos pues la Ley de Coulomb se utiliza para medir la fuerza de interacción entre cargas eléctricas y LGU se usa para medir las fuerzas gravitacionales. Ambas tienen una fórmula aunque no igual. La ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. En cambio la Ley de Gravitación Universal, enuncia que la fuerza de aceleración de la gravedad es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional a la distancia entre ellas. Se puede apreciar que en ambas fuerzas, existe una constante que siempre se cumple, pero ésta no es igual en las dos fórmulas; Coulomb constata que K =9·10⁹ N.m²/C² mientras que la constante en LGU es 6.67384·10⁻¹¹ N·m²/kg² un producto en el denominador y una distancia elevada al cuadrado en el denominador.

6. ¿Qué es un condensador eléctrico?

Un condensador o capacitor, es un dispositivo usado en electricidad y electrónica. Su componen de dos placas conductoras separadas entre sí por un material aislante llamado dieléctrico. La capacidad del condensador viene dada por los materiales usados y es directamente proporcional a la superficie de las placas enfrentadas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Su uso más frecuente es el de almacenar energía para baterías, memorias... también se usan en los flashes de las cámaras fotográficas o en los tubos fluorescentes.

¿Serías capaz de fabricar uno de material casero?

7. Cavendish inventó un termómetro que funcionaba sin mercurio, pero, ¿cómo funciona un termómetro? ¿Qué tipos de escalas térmicas existen?

Un termómetro como ya bien sabéis es un instrumento que sirve para medir la temperatura de un cuerpo o una sustancia. Hay cantidad de termómetros, pero los más comunes aprovechan la propiedad que presentan los cuerpos de dilatarse al aumentar la temperatura o de contraerse al disminuir la temperatura. Para medir la temperatura hay varias escalas: La primera y la que se utiliza en el SI son los Kelvin, se representa mediante una ''K''; su punto 0 es el cero absoluto o temperatura termodinámica más baja posible; para pasar a grados Celsius hay que realizar lo siguiente T [K] = t_C [°C] + 273. La segunda escala son los grados Celsius, se representan mediante ºC y son utilizados sobretodo en Europa; éstos se basan en el punto de fusión del agua (punto 0ºC) y en de ebullición (100ºC). Por último están los grados Fahrenheit, se representan mediante ºF; éstos también se basan en el punto de congelación y evaporación del agua (32ºF y 212ºF); para pasar a Celsius debemos realizar: .

Como funciona un termómetro

Termómetro de mercurio:

Los termómetros de mercurio ya no son tan frecuentes, durante estos últimos años se han ido retirando del mercado, ya que al contener mercurio podían ser peligrosos en caso de romperse. Estos termómetros funcionaban mediante la dilatación del mercurio al aplicarle el calor de una persona generalmente, por lo que el mercurio, que se encontraba en un extremo, se extendía al dilatarse por el tubo, lo que nos permitía saber la temperatura de la persona.

Termómetro digital.

Los termómetros digitales, en la actualidad se están imponiendo por delante de los de mercurio. Su funcionamiento es distinto, ya que mediante un dispositivo que varía su resistencia eléctrica, termistor, y unos circuitos integrados, miden el voltaje y lo transforman, de manera que en la pantalla aparezca nuestra temperatura.

Termómetro de gas

Los termómetros de gas suelen ser de los más precisos y son utilizados para calibrar otros termómetros. Estos termómetros funcionan por la dilatación térmica.

8. Entramos en las cuestiones relacionadas con el experimento en cuestión: ¿Qué es el centro de gravedad de un cuerpo? Prueba la siguiente experiencia. Diseña tu propia experiencia y grábala en vídeo. No olvides insertarla en tu blog:

El centro de gravedad de un cuerpo es el punto en el que está resumido el conjunto de fuerzas gravitacionales que actúan sobre él. En el siguiente experimento, mostramos como varían los centros de gravedad poniendo dvd’s unos encima de otros. Si se pone uno encima de otro, vemos que el centro de gravedad de los dos varía, y se desplaza a ½ del primer dvd. Si añadimos otro, el centro de gravedad tiene que ser movido para que caiga dentro de la base de sustentación (primer dvd) A medida que añadimos dvd’s el centro de gravedad se desplaza hacia la izquierda para que no se caiga la torre. Se desplaza una enésima parte de n dvd’s  A medida que aumenta el número de dvd’s la distancia entre ellos tiene que disminuirse. El número máximo de dvd’s que puede sobresalir el dvd de arriba con respecto a la base es de (n-1)/n

9. Llegamos al plato fuerte del capítulo: el experimento de Cavendish (aquí podéis realizarlo virtualmente). Lo ideal sería diseñar vuestra propia experiencia, pero se trata de una tarea bastante ardua (el autor cita un interesante artículo de la revista Investigación y Ciencia al respecto), por lo que nos conformaremos con que hagáis una descripción del experimento y contestéis a la pregunta: ¿por qué Cavendish no podía medir desde la sala dónde se encontraba la balanza de torsión?

El experimento consiste en algo parecido a una balanza, en la que se cuelga un brazo de madera en cuyos extremos están situados dos bolas de metal.

Una barra suspendida de un hilo fino sostiene una masa en cada extremo. Si se acercan dos masas mayores, la fuerza de gravedad entre las masas hace que la barra oscile. Cronometrando esta oscilación, se puede deducir la rigidez del hilo, luego la fuerza.

Porque si lo hubiese medido estando él en la misma sala no hubiera sido correcta la medición, creo que por dos motivos, el uno es que quizás con su propia respiración produciría aire que podía provocar errores en la medición de su experimento, y el segundo motivo y quizás más importante es que las personas también tenemos masa, e interesaba que allí no hubieran más masas que las dos esferas grandes y las dos pequeñas, para que sólo existiesen las fuerzas de atracción entre ellas.

Si Cavendish hubiera estado presente en la sala, su propia presencia podría haber desbaratado su experimento. Lo mejor era que las únicas fuerzas gravitatorias fueran las de las bolas y que nada más interfiriera en la medición de la oscilación.

10. Para concluir el trabajo, investiga por qué no es buena idea utilizar materiales como el hierro o el acero para realizar el experimento. ¿Qué es el magnetismo? ¿qué otros materiales evitarías en caso de diseñar la experiencia?

Ni el hierro ni el acero deben ser usados  ya que estos metales son magnéticos y modificarían el experimento, y como dice Leyva, podríamos crear sin quererlo una brújula.

Todos los tipos de metales magnéticos son malos para este experimento:

Ferritas, imanes de alnico, imanes de tierras raras, imanes flexibles, imanes de platino/cobalto. Imanes de cobre/níquel/cobalto y de hierro/cobalto/vanadio.

El magnetismo es el fenómeno físico por el que los materiales se atren o repelen con otros materiales. Las unidades del SI relacionadas con el magnetismo son:

• Tesla [T] = unidad de campo magnético
• Weber [Wb] = unidad de flujo magnético
• Amper [A] = unidad de corriente eléctrica 

Newton, descomposición de la luz y otros descubrimientos.

1. ¿Por qué Newton tiene dos fechas de nacimiento?

En realidad no tiene dos fechas de nacimiento, tan sólo una. El problema yace en los diferentes calendarios, un error relativamente frecuente en la historia. Según el calendario Juliano, Newton nació el 25 de diciembre de 1642, sin embargo, nuestro actual calendario, el calendario Gregoriano, dicta que nació el 4 de enero de 1643. Es por eso que hay confusión con la fecha de nacimiento.

2. ¿Qué quiso decir Newton con su expresión "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes"? ¿Esa frase es realmente original de Newton?

Newton, a pesar de ser terriblemente inteligente, estuvo precedido por otros científicos igualmente inteligentes, que desarrollaron una serie de trabajos que fueron de gran ayuda para Newton, como puede ser Galileo. Con esa frase, Newton quiso decir, que si consiguió lo que consiguió, fue gracias a los que estaban antes que él, y que le hicieron ver lo que otros no pudieron.

Sin embargo, esta famosa cita, está mal atribuida a Newton. Porque la primera vez que se tiene constancia de esta cita, es en el año 1159, en la que Bernard de Chartes dijo:

"Somos como enanos a los hombros de gigantes. Podemos ver más, y más lejos que ellos, no por alguna distinción física nuestra, sino porque somos levantados por su gran altura."

De hecho, no ha sido Newton el único en usarla, hay constancia de ella en varias obras a lo largo de la historia.

3. ¿Cuál es la visión Aristotélica del mundo o, Aristotelismo?

Aristóteles fue un filósofo y "científico" de la antigua Grecia. Sus ideas sobre la física, la filosofía, las leyes etc. perduraron en Europa durante siglos. Una de esas ideas fue el Aristotelismo. Ésta se basa en que hay dos "clases" de mundos; el mundo sublunar y el mundo supralunar. El mundo sublunar era el que, como el propio nombre indica, esté debajo de la Luna sin incluirla. En él, los movimientos siempre tienen un principio y un fin, son rectos y violentos. ¿Qué significa que sean violentos? Aristóteles creía en la teoría del geocentrismo, es decir, que la Tierra es el centro del Universo, y como tal, está en reposo absoluto y todos los cuerpos (sublunares) tienden de forma natural al centro de la Tierra (así explicaba Aristóteles la caída libre de los cuerpos). Como para el filósofo griego el estado natural de los cuerpos es el reposo, el movimiento es violento porque lo saca de su estado natural. Aristóteles también creía que el mundo supralunar era perfecto y finito. Los planetas no caían hacia al centro de la Tierra porque estaban formados por éter (un elemento que no sufría variaciones) y se auto abastecían de energía para poder orbitar alrededor  de la Tierra. Sus órbitas eran circulares, el movimiento perfecto para Aristóteles. 

 4. En el capítulo se mencionan a varios científicos muy importantes en el desarrollo de la Física. Construye una línea de tiempo que contenga a los físicos mencionados en el capítulo y sus principales aportaciones a dicha ciencia.

1º Platón (427-347 a.C.) → Teoría de las formas

2º Aristóteles (384-322 a.C.) → Teoría de la generación espontánea

3ºEuclides (325-265 a.C.) → “Los elementos” recopila conocimientos académicos

 

4º Alberto Magno (1206-1280) → explicó que la Tierra es redonda

5º Nicolás Copérnico (1473-1543) → Teoría helicéntrica

6º Tycho Brahe (1546-1601) → Movimiento retrógrado planetario

7º Galileo Galilei (1564-1642) → telescopio y primera ley del movimiento

8º Johannes Kepler (1571-1630) → leyes sobre el movimiento de los planetas en su órbita

9º René Descartes (1596-1650) → Teoría de los vórtices

10º Christiaan Huygens (1629-1695) → De ratiociniis in ludo alae (sobre los cálculos en los juegos de azar) y orologium oscillatorum

11ºRobert Hooke (1636-1703) → Ley de Hooke, ley de gravitación universal, micrographia, microscopio

12º James Gregory (1638-1675) → Optica promota

13º Gottfried Leibniz (1646-1716) → cálculo infinitesimal

14º Edmund Halley (1656-1742) → Cálculo de la órbita de un planeta

15º Nicolas Fatio de Duillier (1664-1753) → investigaciones luz zodiacal

16º Voltaire (1694-1778) →

17º David Brewster (1781-1868) → Ley de Brewster, caleidoscopio

18º James Clerk Maxwell (1831-1879) → Teoría Electromagnética Clásica

19º Albert Einstein (1879-1955) → Teoría de la relatividad especial

5.¿Qué ventajas presenta el telescopio reflector de Newton frente al telescopio refractor de Galileo?

La principal ventaja es la desaparición de la aberración cromática, que distorsiona la imagen y los colores.

6. Realiza el experimento de descomposición (dispersión) de la luz mediante un prisma óptico y descríbelo incluyendo tu propia imagen. La reflexión es el cambio de dirección de un rayo u onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios de tal forma que es reflejada en el medio original.

En la reflexión, el ángulo incidente i, es igual al ángulo reflejado j, si la superficie es plana. Si la superficie presenta rugosidades, los rayos salen en todas direcciones y se denomina reflexión difusa. 

La refracción, es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Para que se produzca, tiene que incidir oblicuamente sobre la superficie de separación de ambos medios y que tengan distinto índice de refracción. 

Si el índice de refracción es el mismo:

Si no incide oblicuamente:

6.)

Ahora vamos a explicar el experimento de la descomposición de la luz. Con este experimento, Newton descubrió que la luz del Sol (luz blanca) es una mezcla de los demás rayos de luz de diferentes colores. Con este experimento, rebatió la idea de que era el prisma el que daba color a la luz. 

Lo que Newton hizo fue con un prisma, proyectar sobre el un rayo de luz, que se descompuso en el espectro visible de colores. 

Para rebatir la teoría de que es el prisma el que da color, lo que hizo fue coger dos hilos de color (uno rojo y uno azul) y mirarlos a través del prisma. Cuando miró, el rojo se encontraba más lejos que el azul, es decir la luz roja iba más rápido. El prisma no generaba color alguno porque ya eran de color antes. 

Hemos repetido el experimento para observar la refracción:

(No se aprecia excesivamente bien, pero puede verse como la luz sale de diferentes colores

Pero, ¿por qué pasa esto? 

La luz está formada  por ondas electromagnéticas. El ojo humano sólo puede apreciar las ondas cuya longitud de onda está entre 400 y 750 nm. Las diferentes longitudes de onda de los colores, varían entre esos valores. Ej. rojo 620-750 nm, naranja 590-620 nm... 

Cuando la luz pasa por el prisma se separa porque al tener cada color diferente longitud de onda, tienen diferente velocidad. Esto hace que el color que pase con más velocidad se desvía menos y el que pase con menos velocidad se desvíe más. La velocidad depende de la longitud de onda; a mayor longitud de onda, mayor velocidad. Por eso el rojo (mayor longitud de onda) es el que menos se desvía y el violeta (menor longitud de onda) el que más.

Gracias a este descubrimiento, podemos dilucidar por qué se forma el arco iris. La luz del Sol incide sobre las gotas de agua de la lluvia. La luz se refracta al entrar en la gota, se refleja en la pared interior, y al salir se vuelve a refractar, mostrando la descomposición de los colores. Sin embargo, los arco iris sólo se forman si la luz del Sol incide con 138º sobre el agua. Ésto lo descubrió Descartes en el año 1637. La luz que sale del arco iris primario,  forma un ángulo de 42º desde el observador y es más potente que la del arco iris secundario porque se refleja menos veces. La luz que sale del arco iris secundario forma un ángulo de 52º y los colores están invertidos.

(8, recorrido de la luz para hacer un arco iris secundario) (7, recorrido de la luz para hacer un arco iris primario)

7)Movimiento Lineal

El movimiento lineal o cantidad de movimiento es el producto de la masa de un objeto (kg) por su velocidad instantánea, es decir la velocidad en un momento concreto, es una magnitud vectorial y la conocemos como p. 

Gracias a ella podemos ver que un objeto de gran masa como un barco aunque vaya a poca velocidad  tiene una gran de cantidad de movimiento, al igual que si observamos las alas de un colibrí que tienen muy poca masa pero se mueven a una gran velocidad por lo tanto también tendrán una gran cantidad de movimiento. 

 1ª Ley de Newton :
 Sí sobre un cuerpo la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es nula, entonces ese cuerpo mantiene su movimiento rectilíneo uniforme o su estado de reposo.
Como no sufre ninguna fuerza exterior v=cte y su masa tampoco varía m=cte por lo que la cantidad de movimiento será constante p=cte. 


 2ª Ley de Newton :
La aceleración que una fuerza produce sobre un cuerpo es proporcional a la masa del cuerpo. 
En términos de movimiento lineal, establece que la fuerza sobre un objeto es igual a la rapidez de cambio de la cantidad del objeto.
Como:

Entonces:






 3ª Ley de Newton :
 Sí un cuerpo 1 ejerce una fuerza (acción)  sobre un cuerpo 2 entonces simultáneamente el cuerpo 2 ejerce una fuerza sobre el cuerpo 1 (reacción) que es opuesta a la acción.
Cuando un objeto 1 impacta contra otro objeto 2, el objeto 1 aplica una fuerza instantánea al otro objeto (acción) y simultáneamente el objeto 2 aplica la misma fuerza instantánea sobre el objeto 1 pero opuesta a la primera fuerza,  lo que produce un cambio es sus cantidades de movimiento, es decir, el cambio de movimiento de una bola es igual y opuesto al cambio de la cantidad de movimiento de la otra bola.

Otra de las contribuciones que Newton hizo a la física fue la Ley de Gravitación Universal. Newton dedujo que hay una fuerza que atrae a dos cuerpos con masa, que depende de la masa de éstos y de la distancia que los separa. Además, también observó, que la fuerza actuaba desde un punto, que concentraba todo la masa de cada objeto. Entonces:

Ley de Gravitación Universal: La fuerza ejercida entre dos cuerpos de masa m1 y m2 separados por una distancia d es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

Se expresa mediante la fórmula:

Siendo F el módulo de la fuerza que actúa sobre los cuerpos, y G la constante de Gravitación Universal. Newton no calculó el valor de ésta ya que no precisaba de los instrumentos adecuados. Y aún en la actualidad el valor de G se conoce con poca precisión. Newton lo que hizo fue deducir la forma de interacción gravitatoria entre dos cuerpos. De la cual se intuye gracias a la ley previamente mencionada que, cuanto mayor es la masa de los cuerpos y menor es su distancia, con mayor fuerza se atraen y viceversa. 

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Por último, vamos a explicar, por qué la  luna no choca contra la Tierra. 

Según la Ley de Gravitación Universal, la Luna y la Tierra se atraen con una fuerza de módulo 

(fuerzas rojas), que son las fuerzas de acción.

Sin embargo, según el principio de acción-reacción, esas fuerzas rojas de acción, se les oponen unas fuerzas de reacción (verdes) de igual módulo y dirección pero sentido opuesto que hacen que queden en equilibrio de fuerzas y mantengan su movimiento y no colisionen.  

Como la Luna atrae a la Tierra, y la Tierra a la Luna, en los dos cuerpos se producen sendas fuerzas de reacción que anulan a las de acción. Las fuerzas rojas son fuerzas centrípetas y las verdes centrífugas. 

La velocidad orbital es la velocidad con la que un cuerpo orbita alrededor de otro. La velocidad orbital no depende de la masa sino del radio de la órbita, de tal forma que cuanto mayor sea el radio, menor será la velocidad necesaria para describir la órbita. Newton razonó que si lanzas un objeto desde un punto alto en la Tierra con suficiente velocidad, entraría en órbita con la Tierra, y si lo lanzas con demasiada fuerza se saldría de la órbita.